西北荒漠带花棒根围土壤微生物群落与功能多样性研究
西北荒漠带花棒根围土壤微生物群落与功能多样性研究
【摘要】： 全球气候变化影响了荒漠生态系统,导致荒漠植被在大规模空间尺度上的变化。如何提高植被在荒漠环境变化的适应、促进植被重建和生态系统可持续发展是人类面临的关键问题。大量研究表明,植被变化对荒漠生态系统的适应在很大程度上依赖于土壤微生物群落的响应。土壤微生物因其丰富的多样性在生态系统中具有决定性影响,它们通过分解土壤有机质、同化无机营养,驱动土壤养分的循环,影响着地面植物的生长发育和多样性。因此,确定荒漠植被根围土壤微生物群落的空间响应有利于阐明土壤微生物群落与植物对荒漠环境的适应情况,预测荒漠生态系统功能的改变。花棒(Hedysarum scoparium)为豆科岩黄芪属大灌木,根部有根瘤可固定空气中氮素,适于流沙环境,抗风蚀且极耐干旱,根系发达。由于花棒适应性强,是西北沙荒地固沙造林的优良先锋树种。本论文以亚洲荒漠特有的先锋树种花棒为研究材料,通过磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG方法,研究西北荒漠花棒根围的土壤微生物群落组成与代谢功能多样性的空间分布特征以及土壤变量的生态效应,探讨大规模空间尺度上微生物群落对植物和土壤因子的响应特征,为荒漠生态系统植被恢复与科学管理提供准确的理论依据。研究主要结果如下:1.花棒根围土壤微生物群落结构组成和代谢功能多样性时空差异显著。细菌、真菌、AM真菌和放线菌含量鄂尔多斯样地最高,乌海和磴口样地较小。鄂尔多斯的碳水化合物利用最高,磴口和民勤的多聚物类利用最低,沙坡头样地的羧酸类利用最低。此外,花棒根围土壤微生物群落和代谢功能多样性显著高于空白土壤。表明花棒作为先锋造林植物,能适应干旱荒漠的严酷环境,促进了荒漠土壤微生物的生长和代谢功能活性,两者相互作用,共同适应荒漠环境。2.花棒根围土壤微生物群落结构组成以细菌为主,其中细菌>放线菌>真菌>AM真菌,其特征微生物PLFA分别为革蓝氏阳性菌(i15:1ω6c、i 14:0、i15:0、a15:0、i16:0和a17:0),革蓝氏阴性细菌(16:1ω9c、16:1ω7c、17:1ω8c和18:1ω7c),放线菌(17:1ω7c10Me、17:0 10Me和18:1ω7c 10Me),真菌(18:2ω6c),厌氧菌(15:0 DMA);表征不同样地土壤微生物碳源代谢能力的AWCD值均随培养时间的延长而增加,主要利用碳源分别为碳水化合物、多聚物、羧酸和氨基酸类,其主要的单一碳源分别为碳水化合物(D-纤维二糖、α-D-乳糖、i-赤藓糖醇、D-葡糖胺酸、1-磷酸葡萄糖、D-半乳糖酸γ-内酯、D-半乳糖醛酸),氨基酸(L-精氨酸、L-天门冬酰胺、L-丝氨酸和L-苏氨酸),羧酸类(α-丁酮酸),聚合物类(吐温40)。3.西北荒漠花棒根围的土壤普遍呈碱性,土壤湿度较低且由东到西呈下降趋势。安西样地土壤湿度显著最低。RDA分析与土壤因子相关性表明,土壤湿度、pH、SOC、氨氮、速效磷、脲酶和碱性磷酸酶活性直接或间接的影响了土壤微生物群落结构组成和代谢功能。氨氮、脲酶、pH和SOC是影响土壤微生物群落结构组成的主要土壤变量;氨氮、pH和磷酸酶是影响土壤微生物群落碳源代谢功能的主要土壤变量,表明土壤理化性质和土壤酶是影响土壤微生物群落多样性时空变化的重要土壤因素。4.基于荒漠土壤微生物群落生长特性,在荒漠环境微生物生态修复中,选育干旱环境有益微生物种类,综合提供不同的底物碳源。同时利用生物技术修复荒漠土壤生态环境,对于干旱荒漠植被恢复和生态环境保护有重要意义。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
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